键盘与显示器接口技术.ppt

键盘与显示器接口,键盘可分为编码式键盘和非编码式键盘。编码键盘能够由硬件自动提供与被按键对应的ASCII码或其它编码。但是它要求采用较多的硬件，价格昂贵。非编码键盘则仅提供行和列的矩阵，其硬件逻辑与按键编码不存在严格的对应关系，而要由所用的程序来确定。非编码键盘的硬件接口简单，但是要占用较多的CPU时间。任何键盘接口均要解决三个主要问题：1、反弹跳2、串键保护3、按键识别,1、反弹跳当按键开关的触点闭合或断开到其稳定，会产生一个短暂的抖动和弹跳，如下图所示，这是机械式开关的一个共同性问题。消除由于键抖动和弹跳产生的干扰可采用硬件方法，也可采用软件延迟的方法。,采用RS触发器实现硬件反弹跳,当键数较多时经常用软件延时的方法来反弹跳，如流程图所示。当检出有键按下后，先执行一个反颤延时20ms的子程序，待前沿弹跳消失后再转入键闭合CLOSE子程序。然后再判断此次按键是否松开，如果没有，则进行等待。若已松开，则又执行一次延时20ms的子程序以消除后沿弹跳的影响，再去检测下次按键的闭合。,2、串键保护 由于操作不慎，可能会造成同时有几个键被按下，这种情况称为串键。有三种处理串键的技术：两键同时按下、n键同时按下和n键锁定。“两键同时按下”技术是在两个键同时按下时产生保护作用。最简单的办法是当只有一个键按下时才读取键盘的输出，最后仍被按下的键是有效的正确按键。当用软件扫描键盘时常采用这种方法。另一种方法是当第一个按键未松开时，按第二个键不产生选通信号。这种方法常藉助硬件来实现。“n键同时按下”技术或者不理会所有被按下的键，直至只剩下一键按下时为止,或者将所有按键的信息都存入内部缓冲器中，然后逐个处理，这种方法成本较高。“n键锁定”技术只处理一个键，任何其它按下又松开的键不产生任何码。通常第一个被按下或最后一个松开的键产生码。这种方法最简单也最常用。,3、按键识别 决定是否有键被按下，如有则应识别键盘矩阵中被按键对应的编码。编码键盘通过硬件直接提供按键与被按键对应的ASCII码或其它编码。非编码键盘则需要通过编程方式提供按键编码。其优点是结构简单、成本低廉,非编码键盘接口技术,非编码键盘接口技术主要是如何确定被按键的行、列位置，即键码（值）。按键识别是接口技术的关键问题。常用按键识别方法有行扫描法（Row-Scanning）和线反转法(Line-Reverse)。,典型非编码键盘结构 非编码键盘大都采用按行、列排列的矩阵开关结构,这种结构可以减少硬件和连线。,矩阵键盘接口,行扫描法识别按键 行扫描法是采用步进扫描方式，CPU通过输出口把一个“步进的0”逐行加至键盘的行线上，然后通过输入口检查列线的状态。由行线列线电平状态的组合来确定是否有键按下，并确定被按键所处的行、列位置。,键位与行列线关系表,上表列出了识别按键位置与各行之间的关系。其中，R1、R2、R3、R4表示行，C1、C2、C3、C4表示列。当扫描第一行时，R1=0，若读入的列值C1=0，则表明按键K13被压下，如果C3=0，则表明按键K15被压下。第一行扫描完毕后再扫描第二行，逐行扫描至最后一行为止，即可识别出所有的按键。,线反转法识别按键,线反转法是藉助程控并行接口实现的，比行扫描法的速度快。如图所示为一个44键盘与并行接口的连接。并行接口有一个方向寄存器和一个数据寄存器，方向寄存器规定了接口总线的方向，寄存器的某位置“1”，规定该位口线为输出。寄存器的某位置“0”，规定该位口线为输入。,线反转法的具体操作分两步,第一步：先把控制字0FH置入并行接口的方向寄存器，使4条行线(PB0PB3)作输出，4条列线(PB4-PB7)作输入。然后把控制字F0H写入数据寄存器，PB0PB3将输出“0”到键盘行线。这时若无键按下，则4条列线均为“”；若有某键按下，则该键所在行线的“0”电平通过闭合键使相应的列线变为“0”，并经与非门发出键盘中断请求信号给单片机。图4.6(a)是第2行第1列有键按下的情况。这时PB7PB4线的输入为1011，其中0对应于被按键所在的列。,第二步：使接口总线的方向反转，把控制字F0H写入方向寄存器，使PB0PB3作输入，PB4PB7作输出。这时PB7PB4线的输出为1011，PB3PB0的输入为1011，其中“0”对应于被按键的行。单片机现在读取数据寄存器的完整内容为10111011，其中两个0分别对应于被按键所在的行列位置。根据此位置码到ROM中去查表，就可识别是何键被按下。,单片机通过8155实现的键盘、显示器接口,如图所示为单片机8051与矩阵键盘及LED显示器的一种接口电路，通过编程设定8155的PA口、PB口作为输出口，PC口作为输入口。PA口完成键盘的行扫描输出，同时又对LED显示器作字位扫描，PC口输入键盘列线状态。7407为同相驱动器，75452为反相驱动器。接口电路中采用8031的P2.7作为8155的片选线，P2.0作为8155的IO端口和片内RAM选择线，因此8155的命令寄存器地址为7F00H，PAPC口地址为7F01H7F03H。,按键识别子程序,KEY:MOV DPTR,#7F00H；8155命令口地址 MOV A,#03H；置PA、PB口为输出，MOVX DPTR，A；PC口为输入MOV R4，00H；0键号寄存器R4MOV R2，01H；扫描模式01HR2KEY1：MOV DPTR，7F01HMOV A，R2MOVX DPTR，A；扫描模式8155PA口INC DPTRINC DPTRMOVX A，DPTR；读8155PC口JB ACC.0，KEY2；0列无键闭合，转判1列MOV A，00H；0列有键闭合，0AAJMP KEY5KEY2：JB ACC.1，KEY3；1列无键闭合，转判2列MOV A，01H；1列有键闭合，列线号01HAAJMP KEY5,KEY3：JB ACC.2，KEY4；2列无键闭合，转判3列 MOV A，02H；2列有键闭合，02HA AJMP KEY5KEY4：JB ACC.3，NEXT；3列无键闭合，转判下一行 MOV A，03H；3列有键闭合，03HAKEY5：ADD A，R4；列线号+(R4)作为键值A MOV R4，A；键值R4 RET；返回NEXT：MOV A，R4；ADD A，04；键号寄存器加4 MOV R4，A MOV A，R2 JB ACC.3，NEXT1；判别是否已扫描到最后一行 RL A；扫描模式左移一位 MOV R2，A AJMP KEY1；重新开始扫描下一行NEXT1:MOV R4，88H；扫描到最后一行仍无按键 RET；置无键闭合标志后返回,键值分析,单片机从键盘接口获得键值后究竟执行什么操作，完全取决于键盘解释程序。,常用的方法：,1、查表法 根据得到的键值代码，到固化在ROM里的表格中查找对应该代码的动作例行程序的首地址。这种方法适用于一个键就产生一个动作的单个命令键。,2.状态分析法 根据键码和当前所处的状态找出下一个应进入的状态及动作例行程序。这种方法适用于多个键互相配合产生一个动作的多义键。,查表法,查表法的核心是一个固化在ROM中的功能子程序入口地址转移表。如下表所示。在转移表内存有各个功能子程序的入口地址，根据键值代码查阅此表获得相应功能的子程序入口地址，从而可以转移到相应的命令处理子程序。,功能子程转移地址,例：键盘接口调用按键识别子程序所获得的键值如下表所示，当键值小于10H时代表数字键，键值大于等于10H时代表功能键。,键值表,处理功能键的程序：,INPUT:LCALL KEY；调按键识别子程序，获得键值在A中MOV R0，A；键值暂存于R0 ANL A，10HJZ DATIN；小于10H为数字键，转入数字操作MOV A，R0；大于等于10H为命令键ANL A，0FH；保留键值低4位MOV R0，A；(A)3RL AADD A，R0MOV DPTR，TABEL；取转移表首地址JMP A+DPTR；按不同键值散转至子程序TABEL:LJMP RUN；转RUN命令子程序LJMP RET；转RET命令子程序LJMP ADRS；转ADRS命令子程序LJMP STORE；转STORE命令子程序LJMP READ；转READ命令子程序LJMP WRITE；转WRITE命令子程序DATIN:；数字键操作程序，略；,LED显示器接口技术,LED数码显示器结构与原理 LED数码显示器是由发光二极管显示字段的显示器件。在应用系统中通常使用的是七段LED数码显示器。这种显示块有共阴极与共阳极两种，如下图所示。,使用LED显示器时，要注意区分共阴极和共阳极两种不同的接法。为了显示数字或字符，必须对数字或字符进行编码，简称段码。七段数码管加上一个小数点，共计8段。因此为LED显示器提供的段码正好是一个字节。实际使用中，通过单片机向LED显示接口输出不同段码，即可显示相应的数字。,LED数码显示器共阴极和共阳极段码,硬件译码LED显示接口 如图所示为采用硬件译码器的七段LED接口电路，显示器是共阴极的。9368是硬件段译码器，它能自动将输入的16进制数转换成段码输出，在+5V时能输出约30mA的电流点亮显示器的段。7475是4位锁存器，4个数据输入端接到系统数据总线的D3D0。锁存器的选通端E接到地址译码器，若该接口的地址为0088H，执行以下指令即可在显示器上显示数字“0”。MOV DPTR，0088H MOV A，00H MOVX DPTR，A,软件译码LED显示接口,设计思想：先在内存中存储一张段码表，根据要显示的数字或字符去查表取得相应的段码，并输出到LED显示器。具体显示时，采用逐位扫描的方法控制哪一位LED被点亮。,程序清单：,DISPB：MOV DPTR，7F00H；8155命令口地址 MOV A，03H MOVX DPTR，A；置PA口、PB口为输出 MOV R0，7AH；置显示缓冲器指针初值 MOV R3，01H；置扫描模式初值 MOV A，R3DISPB1：MOV DPTR，7F01H；8155 PA口地址 MOVX DPTR，A；扫描模式8155 PA口 INC DPTR MOV A，R0；取显示数据 ADD A，0DH；加偏移量 MOVC A，A+PC；查表取段码 MOVX DPTR，A；段码8155 PB口,ACALL DELAY；延时 INC R0 MOV A，R3 JB ACC.5，DISPB2；判6位LED显示完否 RL A；扫描模式左移1位 MOV R3，A AJMP DISPB1DISPB2:RETSEGPT2:DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH；段码表DELAY:MOV R5，02H；延时子程序 DELAY1:MOV R4，0FFHDELAY2:DJNZ R4，DELAY2 DJNZ R5，DELAY1 RET,串行接口LED驱动器MAX7219,MAX7219是MAXIM公司生产的一种串行接口方式7段共阴极LED显示驱动器，其片内包含有一个BCD码到B码的译码器、多路复用扫描电路、字段和字位驱动器以及存储每个数字的88 RAM，每位数字都可以被寻址和更新，允许对每一位数字选择B码译码或不译码。采用三线串行方式与单片机接口，电路十分简单，只需要一个10k左右的外接电阻来设置所有LED的段电流。,MAX7219采用串行数据传输方式，由16位数据包发送到DIN引脚的串行数据在每个CLK的上升沿被移入到内部16位移位寄存器中，然后在LOAD的上升沿将数据锁存到数字或控制寄存器中。LOAD信号必须在第16个时钟上升沿同时或之后，但在下一个时钟上升沿之前变高，否则将会丢失数据。DIN端的数据通过移位寄存器传送，并在16.5个时钟周期后出现在DOUT端。DOUT端的数据在CLK的下降沿输出。串行数据以16位为一帧，其中D15D12可以任意，D11D8为内部寄存器地 址，D7D0为寄存器数据，工作时序如下：,MAX7219的内部寄存器及其地址,如图所示为8051单片机与MAX7219的一种接口，8051的P1.0连到MAX7219的DIN端，P1.1连到LOAD端，P1.2连到CLK端，采用软件模拟方式产生所需的工作时序。下面给出根据该图设计的MAX7219显示驱动程序例子，程序执行后在LED上显示8031字样。,主程序MAIN:MOV SP,#60H；设置堆栈指针 MOV R7,#0AH；亮度寄存器 MOV R5,#07H；亮度值 LCALL DINPUT；调用7219命令写入子程序 MOV R7,#0BH；扫描界限寄存器 MOV R5,#07H；显示7位数字 LCALL DINPUT MOV R7,#09H；译码方式寄存器 MOV R5,#0FFH；#FFH=7-0位均译为B码，#00=不译码 LCALL DINPUT MOV R7,#0CH；停机寄存器 MOV R5,#01H；正常工作 LCALL DINPUT MOV 30H,#08H；显示 8031 MOV 31H,#00H MOV 32H,#03H MOV 33H,#01H MOV R7,#30H LCALL DISPLY；调用7219显示子程序 SJMP$,7219命令写入子程序 DINPUT:MOV A,R7；传递来的第1个参数保存在R7中 MOV R2,#08；作为MAX7219控制寄存器的8位地址值LOOP1:RLC A；A的D7位移至P1.0，依次为D6D0 MOV P1.0,C；8位地址输入DIN CLR P1.2；P1.2输出时钟信号 SETB P1.2 DJNZ R2,LOOP1 MOV A,R5；传递来的第2个参数保存在R5中 MOV R2,#08；作为写入控制寄存器的8位命令数据值LOOP2:RLC A；A的D7位移至P1.0，依次为D6D0 MOV P1.0,C；8位数据输入DIN CLR P1.2；P1.2输出时钟信号 SETB P1.2 DJNZ R2,LOOP2 CLR P1.1；P1.1输出LOAD信号，SETB P1.1 RET,7219显示子程序DISPLY:MOV A,R7；R7的内容为7219显示缓冲区入口地址 MOV R0,A；R0指向显示缓冲区首地址 MOV R1,#01；R1指向8字节显示RAM首地址 MOV R3,#08LOOP3:MOV A,R0；取出显示数据R5 MOV R5,A MOV A,R1；取出显示RAM地址R7 MOV R7,A LCALL DINPUT；调用7219命令写入子程序 INC R0 INC R1 DJNZ R3,LOOP3 RET,8279可编程键盘/显示器接口技术8279的工作原理键盘部分 提供64按键阵列(可扩展为128)的扫描接口，也可以接传感器阵列。键的按下可以是双键锁定或N键互锁。键盘输入经过反弹跳电路自动消除前后沿按键抖动影响之后，被选通送入一个8字符的FIFO(先进先出栈)存储器。如果送入的字符多于8个，则溢出状态置位。按键输入后将中断输出线升到高电平向CPU发中断申请。显示部分 对7段LED、白炽灯或其他器件提供显示接口。8279有一个内部的168显示RAM，组成一对164存储器。显示RAM可由CPU写入或读出。显示方式有从右进入的计算器方式和从左进入的电传打字方式。显示RAM每次读写之后，其地址自动加1。,8279内部逻辑结构框图,I/O控制和数据缓冲 控制与定时寄器及定时控制扫描计数器 返回缓冲器和键盘消颤及控制 FIFO/传感器RAM和状态 显示地址寄存器和显示RAM,8279内部主要组成模块,8279功能命令一览表,8279功能命令一览表,（续表）,8279与单片机的一般接口方法,单片机在初始化8279后，把显示字符送到8279内部的一个16字节寄存器内，并将字符转换成段码，经A0A3、B0B3线把段码送到显示器，同时经SL0SL3线发出4位数位选通码。4-16译码器对选通码进行译码后轮流选通各位显示器。SL0SL2线同时连到3-8译码器。该译码器的输出用于扫描键盘8行。8279经8根返回线(RL0RL7)读取键盘的状态。如果发现按键闭合则等待10ms，颤动过去后再检验按键是否闭合。若按键仍然闭合，则把被按键的键值选通输入8279内部的先进先出(FIFO)存储器，同时经INT线发出一个高电平，指出FIFO内已经有一个字符。INT线连接到CPU的中断请求输入线。当单片机接收到中断请求后，若开中断，则转到键盘服务程序，从FIFO中读取按键的键值。在这种接口中，单片机要做的事仅是初始化8279、送出要显示的字符、接到中断请求后读取按键的键值，其它工作均由8279自动完成。,单片机与8279的具体接口电路,8031的P2.7接到8279的片选端，最低位地址A0接到8279的C/D端，因此该接口对用户来说只有二个口地址：命令口地址7FFFH和数据口地址7FFEH。图中8279外接48键盘和8位共阴极LED显示器，采用编码扫描方式，译码器74LS138对扫描线译码后一方面接键盘的列线，同时通过驱动器接到显示器上。,8279初始化程序：INI79：MOV DPTR，7FFFH；清除命令8279 MOV A，0D1H MOVX DPTR，AWNDU：MOVX A，DPTR；等8279清除结束 JB ACC.7，WNDU MOV A，0；方式命令8279 MOVX DPTR，A MOV A，34H；扫描频率设置命令8279 MOVX DPTR，A MOV IE，84H；允许8279中断 RET,显示器更新程序：RDIR：MOV DPTR，7FFFH；写显示RAM命令8279 MOV A，90H MOVX DPTR，A MOV R0，78H；显示缓冲器首地址R0 MOV R7，8 MOV DPTR，7FFEHRDLO：MOV A，R0；取显示数据 ADD A，5；加偏移量 MOVC A，A+PC；查表转换为段码数据 MOVX DPTR，A INC R0 DJNZ R7，RDLO RETSEG：DB 3FH，06H，5BH，4FH；根据硬件线路设计的段码 DB 66H，6DH,7DH，07H DB 7FH，6FH 77H，7CH,键输入中断服务程序：PKEYI：PUSH PSWPUSH DPLPUSH DPHPUSH ACCPUSH BSETB PSW.3；选工作寄存器1区MOV DPTR，7FFFH；读FIFO状态字MOVX A，DPTRANL A，0FHJZ PKYR；判FIFO中是否有数据?MOV A，40H；读FIFO命令8279MOVX DPTR，AMOV DPTR，7FFEHMOVX A，DPTR；读数据MOV R2，AANL A，38H；计算键值RR A,RR ARR AMOV B，04HMUL ABXCH A，R2ANL A，7ADD A，R2MOV R0，40；键值(40H)指出的环形缓冲器单元MOV R0，AINC R0MOV A，R0ANL A，3FH；环形缓冲器指针处理ORL A，30HMOV 40H，ASETB 0；置标志供主程序查询处理PKYR：POP BPOP ACCPOP DPHPOP DPLPOP PSWRETI,LCD显示器接口,LCD的基本结构及工作原理,LCD的特点是体积小、重量轻、功耗极低、抗干扰能力强。,LCD的驱动方式 LCD常采用交流驱动,通常采用异或门把显示控制信号和显示频率信号合并为交变的驱动信号,如图所示。,当显示控制电极上的波形与公共电极上的方波相位相反时,则为显示状态。显示控制信号由C端输入,高电平为显示状态。显示频率信号是一个方波。当异或门的C端为低电平时,输出端B的电位与A端相同,LCD两端的电压为0,LCD不显示，当异或门的C端为高电平时,B端的电位与A端相反,LCD两端呈现交替变化的电压,LCD显示。,段式LCD显示器的驱动接口,显示器4N07，译码驱动器采用带锁存器的MC14543，可以将输入的BCD码转换为7段显示码输出。驱动方式由PH端控制,PH端输入显示方波信号。LD是内部锁存器选通端,LD为高电平时,允许AD端输入BCD码数据,LD为低电平时,锁存输入数据。BI为高电平时为消隐。每块MC14543各驱动一位LCD,BCD码输入端AD接到8051的P1.0P1.3,锁存器选通端LD分别接到P1.4P1.7,分别控制4块MC14543输入BCD码。MC14543的相位端PH接到8051的P3.7,由P3.7端提供一个显示用的低频方波信号，方波信号的产生由8031片内定时器T1的定时中断产生,主程序DISB EQU 60H;定义显示缓冲区 ORG 0000 HINIT:LJMP START;主程序入口 ORG 001BH LJMP INTT1;定时器1中断入口 ORG 0030HSTART:MOV TMOD,#10H;置定时器T1为方式1 MOV TH1,#0ECH;10ms定时，fosc=6MHz MOV TL1，#78H SETB TR1；启动T1 SETB EA;开中断 SETB ET1;其它工作 LCALL DISP;调用显示子程序;其它工作,显示子程序：DISP:MOV R0,#DISB;R0指向显示缓冲区首地址 MOV R2,#10H;设定最高位锁存控制标志DISP1:MOV A,R0;取显示数据 ANL A,#0FH;保留BCD码 ORL A,R2;加上锁存控制位 MOV P1,A;送入MC14543 ANL P1,#0FH;置所有MC14543为锁存状态 INC R0;R0指向显示缓冲区下一位 MOV A,R2;锁存端控制标志送A RL A MOV R2,A JNB ACC.0,DISP1;未完成4位则继续 RET;已更新显示,返回,定时器1中断服务程序：INTT:CPL P3.7;P3.7输出电平取反 MOV TH1,#0ECH;置定时器计数初值 MOV TL1,#78H RETI;中断返回,点阵式液晶显示模块,EPSON公司生产的EA-D系列点阵式液晶显示模块内部结构如图所示。它由点阵式液晶显示面板、SED1287专用集成电路和4个列驱动器组成。SED1278完成显示模块的时序控制,同时也可以驱动16行40 列的点阵库。,显示数据存储器(DDRAM)与显示屏幕的物理位置是一一对应的,当给显示数据存储器的某一单元写入一个字符的编码时,该字符就在对应的位置上显示出来。DDRAM与显示屏的物理位置对应关系如下表所示。,液晶显示模块与单片机的接口,初始化程序:START:MOV DPTR,#2820H;2820H为命令寄存器地址 MOV A,#38H;置功能，2行，8位数据 MOVX DPTR,A LCALL WAIT MOV A,#06H;置输入模式，光标左移 MOVX DPTR,A LCALL WAIT MOV A,#0FH;置显示开/关控制 MOVX DPTR,A LCALL WAIT MOV A,#01;总清 MOVX DPTR,A LCALL WAIT RETWAIT:MOV DPTR,#2820H;置命令寄存器地址 MOV A,DPTR JB ACC.7,WAIT;读忙标志 RET,显示字符串“SINGLE”的程序,程序执行后,从第一个字符位置上开始显示。SINGLE:MOV DPTR,#2820H;置命令寄存器地址MOV A,#84H;置DDRAM地址初值04HMOV DPTR,ALCALL WAITMOV A,#53H;SLCALL CHAR1MOV A,#49H;ILCALL CHAR1MOV A,#4EH;NLCALL CHAR1MOV A,#47H;GLCALL CHAR1MOV A,#4CH;ILCALL CHAR1MOV A,#45H;LLCALL CHAR1LJMP SINGLECHAR1:DPTR,#2821H;2821H为数据寄存器地址MOVX DPTR,ALCALL WAITRET,